5.5裂变和聚变 综合训练（Word版含答案）

5.5裂变和聚变
一、选择题（共14题）
1．下列表述正确的是（　　）
A．HeNO+X， X表示He
B．HHHen是重核裂变的核反应方程
C．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态无关
D．β衰变中放出的β射线是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
2．太阳内部的一个热核反应方程是Ηe+X。已知Η的质量为m1，Η的质量为m2，Ηe的质量为m3，X的质量为m4，光速为c，下列说法正确的是（　　）
A．X是质子
B．Η和Η是两种不同元素的原子核
C．Η和Η在常温下就能够发生聚变
D．反应释放的核能为（m1+m2-m3-m4）c2
3．我们仰望星空，处处闪烁着智慧的光芒。伽利略、牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦、波尔等物理大师的名字铭记在心。学习自然科学，不仅需要方法论，还需要一些世界观；不仅仅需要数学，还需要一些哲学。正如王安石在《读史》中所写的那样：“糟粕所传非粹美，丹青难写是精神”。下列关于物理学发展说法不正确的是（　　）
A．伽利略通过逻辑推理，首先指出亚里士多德对落体认识的问题，然后得出重物与轻物应该下落得同样快的结论，他在研究中所体现的批判精神是创新所必须的。
B．JJ·汤姆逊发现电子，是物理学史上的重要事件，人们由此认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有结构。
C．切尔诺贝利核电站的核子反应堆事故正是人类核电发展中利用轻核聚变的巨大失败。
D．法拉第提出了电场线的概念，正是“以无形造有形，以有形载无形”哲学思想的体现。
4．我国科学家为解决“玉兔二号”月球车长时间处于黑夜工作的需要，研制了一种小型核能电池，将核反应释放的核能转变为电能，需要的功率并不大，但要便于防护其产生的核辐射。请据此猜测“玉兔二号”所用核能电池有可能采纳的核反应方程是（　　）
A． B．
C． D．
5．放射性元素钋发生衰变时，会产生和一种未知粒子，并放出射线，其核反应方程为，下列说法正确的是（　　）
A．的穿透能力比射线强
B．
C．X核的中子个数为124
D．这种核反应为裂变
6．关于核聚变的说法正确的是（　　）
A．聚变是裂变的逆反应
B．如果裂变释放能量，则聚变反应一定吸收能量
C．聚变反应须将热核燃料加热到数百万度以上的温度，显然是吸热反应
D．聚变和裂变都可以释放出巨大的能量
7．下列有关四幅图的说法中，正确的是( )
A．α粒子散射实验证实了汤姆逊原子枣糕模型的正确性
B．在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大
C．放射线甲由 α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷
D．该链式反应属于原子核的聚变反应
8．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置一中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，标志着中国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术，为我国核聚变堆的自主设计与建造打下坚实基础。该装置内释放核能的核反应方程为，对此以下说法正确的是（　　）
A．该反应过程中满足电荷守恒和质量守恒
B．的比结合能比大
C．若该核反应释放的核能为，真空中光速为c，则反应过程中的质量亏损为
D．该核反应也是世界各地正在运行的核电站中的主要核反应
9．下列说法正确的是（　　）
A．太阳内部持续不断地发生着热核反应，其中一种核反应方程为，X表示的是中子
B．β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚而形成的电子流
C．碘131的半衰期为8天，若有20个碘131原子核，则经过8天后只剩下10个
D．“核反应堆”是核电站的核心设施，它通过可控制的链式反应实现核能的释放
10．关于原子和原子核，下列说法中正确的是
A．甲图所示的氢原子光谱的分离特征可以用经典物理学解释
B．由乙图可知，原子核中的平均核子质量比的要小
C．要产生丙图所示的链式反应，裂变物质必须具有一定的体积或质量
D．根据丁图可知，1g氡经过38天还剩下0.1g没发生衰变
11．托卡马克（Tokamak）是一种复杂的环形装置，结构如图所示．环心处有一欧姆线圈，四周是一个环形真空室，真空室外部排列着环向场线圈和极向场线圈．当欧姆线圈中通以变化的电流时，在托卡马克的内部会产生巨大的涡旋电场，将真空室中的等离子体加速，从而达到较高的温度．再通过其他方式的进一步加热，就可以达到核聚变的临界温度．同时，环形真空室中的高温等离子体形成等离子体电流，与极向场线圈、环向场线圈共同产生磁场，在真空室区域形成闭合磁笼，将高温等离子体约束在真空室中，有利于核聚变的进行．已知真空室内等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比，下列说法正确的是
A．托卡马克装置中核聚变的原理和目前核电站中核反应的原理是相同的
B．极向场线圈和环向场线圈的主要作用是加热等离子体
C．欧姆线圈中通以恒定电流时，托卡马克装置中的等离子体将不能发生核聚变
D．为了约束温度为T的等离子体，所需要的磁感应强度B必须正比于温度T
12．下列说法正确的是（　　）
A．当氢原子从的状态跃迁到的状态时，发射出光子
B．放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变需要的时间
C．同一元素的两种同位素具有相同的质子数
D．中子和质子结合成氘核时吸收能量
13．下列关于核反应及衰变的表述正确的有(　　)
A． 是轻核聚变
B． 中，X表示
C．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
D．23290 Th衰变成20882Pb要经过6次α衰变和4次β衰变
14．2017年11月，“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范，颁奖典礼上，习总书记为他“让座”的场景感人肺腑，下列有关核反应的说法正确的是（　　）
A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力 B．重核裂变反应前后一定有质量亏损
C．式中 D．铀核裂变后的新核比铀核的比结合能小
二、填空题
15．完成铀核裂变方程：______，在核反应堆中石墨起________的作用，镉棒起________的作用．
16．铀核裂变的一种方式是
，该反应的质量亏损是0.2u，1u相当于931.5MeV的能量.
①核反应方程中的X是_______________．
②该反应放出的能量是_______J.（结果保留3位有效数字）
17．下列说法正确的是( )
A．汤姆生发现了电子，并提出了原子的枣糕模型
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应
C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的强度小
D．将放射性元素掺杂到其它稳定元素中，并降低其温度，该元索的半衰期将增大
18．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量为mH＝1.007 3 u，中子质量为mn＝1.008 7 u，氚核质量为m＝3.018 0 u,1 u相当于931.5 MeV．
这个聚变方程为______________________________________________；
释放出的核能为_________________________________________
平均每个核子释放的能量是______________________________________
三、综合题
19．在铀核裂变成钡和氪的裂变反应中，质量亏损Δm=0.215 3 u，那么，一个铀核裂变释放的能量为多少？反应中平均每个核子释放的能量为多少？
20．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.0073u，中子质量mn＝1.0087u，氚核质量m＝3.0180u（lu＝931MeV，能量单位用MeV,计算结果小数点后保留两位有效数字）。求：
（1）写出聚变方程；
（2）释放出的核能多大？
21．两个氘核（）聚变时产生一个氦核（，氦的同位素）和一个中子，已知氘核的质量为M，氦核（）的质量为，中子的质量为．以上质量均指静质量，不考虑相对论效应．
（1）请写出核反应方程并求两个氘核聚变反应释放的核能；
（2）为了测量产生的氦核（）的速度，让氦核垂直地射入磁感应强度为B的匀强磁场中，测得氦核在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为R，已知氦核的电荷量为q，氦核的重力忽略不计，求氦核的速度v及氦核做圆周运动的周期T；
（3）要启动这样一个核聚变反应，必须使氘核（）具有足够大的动能，以克服库仑斥力而进入核力作用范围之内．选无穷远处电势能为零，已知当两个氘核相距为r时，它们之间的电势能（k为静电力常量）．要使两个氘核发生聚变，必须使它们之间的距离接近到，氘核的重力忽略不计．那么，两个氘核从无穷远处以大小相同的初速度相向运动发生聚变，氘核的初速度至少为多大？
22．太阳大约在几十亿年后，进入红巨星时期，其核心温度会逐渐升高。当温度升至某一温度时，太阳内部会发生氦闪：三个生成一个，瞬间释放大量的核能。已知的质量是，的质量是，，其中c为光速。根据以上材料，完成下面问题：（结果保留三位有效数字）
(1)写出氦闪时的核反应方程式；
(2)计算一次氦闪过程释放的能量；
(3)求的发生氦闪时释放的能量相当于多少千克的标准煤燃烧释放的能量？已知的标准煤燃烧释放的能量约为，。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A．根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为1，质量数为1，则X为质子，故A错误．
B．是轻核聚变的核反应方程，故B错误；
C．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态无关，故C正确．
D．衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故D错误。
故选C。
2．D
3．C
【详解】
A．伽利略通过逻辑推理，首先指出亚里士多德对落体认识的问题，然后得出重物与轻物应该下落得同样快的结论，他在研究中所体现的批判精神是创新所必须的，故A正确，不符合题意；
B．JJ·汤姆逊发现电子，是物理学史上的重要事件，人们由此认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有结构，故B正确，不符合题意；
C．切尔诺贝利核电站的核子反应堆事故是人类核电发展中利用重核裂变的巨大失败，故C错误，符合题意；
D．法拉第提出了电场线的概念，正是“以无形造有形，以有形载无形”哲学思想的体现，故D正确，不符合题意。
故选C。
4．A
【详解】
A．此核反应是人工放射性同位素的衰变反应，是小型核能电池主要采用的反应方式，故A正确；
B．此核反应是聚变反应，反应剧烈，至今可控聚变反应还处于各种实验研究阶段，所以不宜采用，故B错误；
C．此核反应是人工核转变反应，需要高能α粒子，在月球上不宜实现，故C错误。
D．此核反应是重核裂变反应，虽然实现了人工控制，但因反应剧烈，防护要求高还不能小型化，目前只是一些大型的核电站采用，故D错误；
故选A。
5．C
【详解】
．的穿透能力比射线弱，故错误；
．根据核反应过程质量数守恒，，故错误；
．核的中子个数为，故正确；
．因放出的是粒子，故题设中的核反应为衰变，故错误。
故选：。
6．D
【详解】
A．从形式上看聚变和裂变好像是互逆反应，其实不然，两者的反应物和生成物全然不同，裂变是重核分裂成中等核，而聚变是两个轻核聚合为质量较大的轻核，两者不可能互为逆反应，A错误；
BD．聚变和裂变反应的质量都发生了亏损，故都是放能反应，要放出巨大的能量，B错误，D正确；
D．聚变反应须将热核燃料加热到数百万度以上的温度，但一旦反应进行，自身释放的巨大能量足以提供高温使反应继续进行，故聚变反应是放能反应，C错误。
故选D。
7．B
【详解】
A．粒子散射实验否定了汤姆逊原子枣糕模型，确立了原子的核式结构模型，故A错误；
B．在光频率保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大，故B正确；
C．根据左手定则可知放射线丙由粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷，故C错误；
D．链式反应属于原子核的裂变反应，故D错误。
故选B。
8．B
【详解】
A．任何核反应都存在质量亏损，并释放能量。故反应后核子的总质量小于反应前核子的总质量，核反应过程前后质量不守恒，A错误；
B．氦核的比结合能大于氘核和氚核，是因为氦核的核间结合更牢固，性质更稳定，B正确；
C．若该核反应释放的核能为△E，真空中光速为c，根据爱因斯坦质能方程△E=△mc2可知，反应过程中的质量亏损为，C错误；
D．当今世界各地正在运行的核电站中的主要核反应方程是，D错误。
故选B。
9．D
【详解】
A．由质量数和电荷数守恒可知，X表示的是正电子，故A错误；
B．射线是原子核内部由一个中子转化为一个质子和一个电子而放出的电子流，故B错误；
C．半衰期是大量原子核发生衰变的规律，故C错误；
D．“核反应堆”是核电站的核心设施，它通过可控制的链式反应实现核能的释放，故D正确。
故选D。
10．C
【详解】
A、经典物理学不能解释氢原子光谱的分离特征，故选项A错误；
B、核子的平均质量，即该种元素的平均分子质量，是原子质量与核子数的比值，原子序数小的原子和原子序数大的原子的平均核子质量大于中等质量的核（铁的平均核子质量最小），所以原子核中的平均核子质量比的要大，故选项B错误；
C、要产生丙图所示的链式反应，裂变物质必须具有一定的体积或质量，故选项C正确；
D、氡核其半衰期为3.8天，1g氡经过38天衰变剩下氡的质量为，故选项D错误；
11．C
【详解】
A、目前核电站中核反应的原理是核裂变，原理不同，故A错误；
B、极向场线圈、环向场线圈主要作用是将高温等离子体约束在真空室中，有利于核聚变的进行，故B错误；
C、欧姆线圈中通以恒定的电流时，产生恒定的磁场，恒定的磁场无法激发电场，则在托卡马克的内部无法产生电场，等离子体无法被加速，因而不能发生核聚变，故C正确．
D、带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比，则，由洛伦兹力提供向心力，则，则有，故D错误．
12．ABC
【详解】
A．当氢原子从n=6的状态跃迁到n=2的状态时，即从高能级向低能级跃迁，会发射光子，故A正确；
B．放射性元素的半衰期是指原子核有半数发生衰变所需的时间，对大量原子核适用，具有统计规律，故B正确；
C．同位素的质子数相同，中子数不同，即质量数不同，故C正确；
D．中子和质子结合属于轻核聚变，会释放能量，故D错误。
故选ABC。
13．AD
【详解】
是轻核聚变，选项A正确； 中，X质量数为4，电荷数为2，则表示，选项B错误； β衰变中产生的β射线实际上是原子核内的中子转化为质子时产生的，选项C错误； 衰变成要经过次α衰变和次β衰变，选项D正确；故选AD.
14．AB
【详解】
A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力，故A正确；
B．重核裂变要释放核能，则反应前后一定有质量亏损，故B正确；
C．根据质量数和电荷数守恒可知，该核反应方程式中的，故C错误；
D．铀核不如裂变后生成的新核稳定，可知铀核的比结合能比裂变后生成的新核的比结合能小，故D错误。
故选AB。
15． 使快中子减速 吸收中子控制核反应速度
【详解】
根据电荷数守恒和质量数守恒可得，反应前中子的数目：N=90+136+10-235=1，所以应填；在核反应堆中石墨主要起减速剂的作用，将快中子变成慢中子．镉棒起到吸收中子的作用，能控制中子的数目，从而控制和反应的速度．
16． （电子） 2.98×10-11J
【详解】
由反应过程中的电荷数守恒、质量数守恒可求得X的电荷数和质量数判断出为电子 ②由爱因斯坦的质能方程可求得放出的能量
17．AB
【详解】
A．汤姆生发现了电子，并提出了原子的栆糕模型，A正确；
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，也是热核反应，B正确；
C．光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率小于极限频率，C错误；
D．放射性元素掺杂到其它稳定元素中，并降低其温度，但该元素的半衰期仍将不变，D错误；
故选AB。
18． ; ; ;
【详解】
（1）根据电荷数守恒，质量数守恒，知聚变方程为：；
（2）核反应的质量亏损为：
（3）平均每个核子释放的能量为：
19．200 MeV；0.85 MeV
【详解】
由爱因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时释放的能量
ΔE=Δmc2=0.215 3×931.25 MeV≈200 MeV
铀核中含有235个核子，所以平均每个核子放出的能量为
≈0.85 MeV
20．（1）；（2）6.24MeV
【详解】
（1）聚变方程
（2）质量亏损为
△m=mH+2mn-m=（1.0073+2×1.0087-3.0180）u=0.0067u
释放的核能为
△E=△mc2=0.0067×931MeV=6.24MeV
21．(1) (2) (3)
【详解】
（1）
核反应释放的核能
（2）由，得
由，得
（3）由能量守恒
得
22．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)核反应方程为
(2)由题可知，在此核反应的瞬间会释放大量的的核能，所以这个核反应瞬间会有质量亏损。那么氦闪过程中质量亏损
由爱因斯坦质能方程
得，释放的能量为
解得
(3)设的的物质的量为n，则
设的中含有的个数为N，则
结合核反应方程，反应释放总能量为
设对应标准煤的质量为，则
联立解得
答案第1页，共2页